电动执行器是自动化系统中的一种执行部件，在各行各业中的应用也越来越广泛，实际系统要求电动执行器具有较高的性能和较低的成本。控制器是电动执行器的一个重要组成部分，本文介绍了一种电动执行器控制电路，它具有电路简单、体积小和价格低廉的优点，且具有行程限位及过力矩保护功能。
一、电动执行器的工作原理
如图1所示，电动执行器主要由控制器、电机和减速器三部分组成，由上位调节装置给出的DC4~20mA电流信号Is经采样电阻转化为1~5V电压信号Us，减速器输出的直线位移信号x（或角位移信号θ）经位置检测装置后形成位置反馈信号Uf，这两个信号经比较和放大后控制电机的运转，电机带动减速机构产生相应的直线位移或转角位移。
二、控制电路组成
如图2所示，控制电路由五个部分组成，分别是给定信号I/V转换、位置检测、信号比较与放大、电机控制和电气保护。
1、给定信号I/V转换
来自调节器的DC4~20mA电流信号，经SET插座接到阻值为250Ω的采样电阻R1上，R3=1MΩ与R1=250Ω的阻值相差很大，因此，可以认为来自调节器的DC4~20mA电流信号全部流经电阻R1，转化为1~5V的电压信号，即A点电位VA=1~5V。在此，输入电流信号为4~20mA而不是0~16mA，目的是可以进行断信号检测[1]。
2、位置检测部分
位置检测采用精密导电塑料电位器P2，通常，其一端C接+5V，另一端E接+1V，实现与给定信号间的电压匹配。当执行器运动时，带动P2的滑动端D，则D点电位发生改变。从而实现位置检测。
稳压管Z1的稳压值为5V，电位器P1的滑动端B的电位调节范围为VB=0~5V，此信号接入运算放大器UA的同相输入端，UA的输出端1脚电位即电位器P2的C端电位为
VC的调节范围为0~7.27V，电位器P1的作用是调整P2的C端电位（通常为5V）以实现满度调节；电位器P3用于调节E点电位（通常调至1V）以进行零位调节。
3、信号比较与放大
给定信号经I/V转换后的电压（等于图3中）与反馈信号Us（等于图3中VA）首先进行比较，形成偏差信号，然后将偏差信号放大，并据此进行电机控制。比较和放大通常用差动放大电路来实现，如图3所示，为分析方便，图中将电位器P4沿滑动端所在位置分成等效的两部分，即RP4-1和RP4-2（RP4-1+RP4-2=RP4=10kΩ）。
由于运放的输入阻抗很高，流人运放UB输入端的电流可以忽略不计，其同相输入端电位V5与VA的关系为
。
图3中，电容器C1起低通滤波作用，用于抑制干扰，静态计算时可忽略.分析从R8到6脚、R9和F点的电路，可得
，即
。
运放的开环电压放大倍数很大，而输出电压却是一个有限值，所以，可认为运放UB的同相输入端的电位V5与反相输入端的电位V6近似相等，即V5=V6，将
和R3=R9=1MΩ代入VF的表达式，得
。
R9=1MΩ的阻值与P4（10kΩ）及R10（470Ω）的阻值相比较很大，在分析F点与G点的电位关系时可将流经R9的电流忽略，这时有
，即
。当电位器P4的滑动端移动时，RP4-2的值改变（0~10kΩ），VG也随之变化，令
。
将RP4及R10值代入上式，可得K值的变化范围为45.45~1012.5，调节电位器P4可以改变电路的放大倍数。
4、电机控制
电动执行器使用普通交流异步电动机驱动，电机工作状态有三种：正转、反转和停止。通常，当VG为正（US-Uf>0）时，电机应正转；当VG为负（US-Uf<0）时，电机应反转；当VG为零（US-Uf=0）时，电机停转。
实际系统受多种干扰信号影响，如果按上述方法进行控制，会使电机频繁地起制动，出现振荡现象，这是不允许的，可以通过设置死区解决这个问题。
死区控制主要由Z3、Z4、D3、D6、T1和T2来实现，稳压管Z3，Z4的反向击穿电压标称值为5.6V，二极管D3、D6的导通压降为0.7V（硅管），晶体三极管T1（NPN）的导通条件为其基极电位高于0.6V，晶体三极管T2（PNP）的导通条件为其基极电位低于-0.6V。由此可见，当H点电位VH>6.9V时，T1导通，T2截止，固态继电器SSR1接通电机正转电路；VH<-6.9V时，T1截止，T2导通，固态继电器SSR2接通电机反转电路；而当-6.9V<VH<6.9V时，T1和T2均截止，电机停转。
三极管T1、T2的放大倍数均超过100，所以，只要略高于，便可以提供固态继电器动作所需要的5mA电流。由前述知：VG=K（US-Uf），对于偏差信号（US-Uf）来说，其死区电压范围为
。
K值可以通过调节电位器P4改变，当K值增大时，死区范围减小，系统的灵敏度提高，易受干扰，容易产生振荡，但稳态精度提高；K值减小则系统的抗干扰能力提高，易于稳定，但系统的灵敏度下降，稳态精度下降，将K=45.45~1012.5代入上式，得到相对死区大小为0.17%~3.80%。
T1和T2的发射极-基极击穿电压UEBO均为5V，二极管D3和D4能起到保护三极管T1和T2的作用。
5、电气保护电路
A、行程限位 主要由安装在行程极限位置的行程开关完成这一功能.电机开极限位置（正转达到）的行程开关为SL1，电机关极限位置（反转达到）的行程开关为SL2。正转时，当执行器运动，其挡块压下行程开关SL1时，其动断触点断开，T1截止，电机停止正转；反转时的情况与此类似。
当电机沿某一方向转动，使执行器运动到极限位置，挡块压下相应的行程开关，使电机停转时，若给定信号改变，控制电路仍可控制电机向相反方向运动。
B、过力矩保护 正转时的过力矩保护主要由UC，C2，D1，R12，C3，R13，R14，D2和过力矩开关TL1组成，反转时的过力矩保护主要由UD，C2，D4，R16，C4，R17，R18，D5和过力矩开关TL2组成。过力矩保护原理为：
电路初始上电瞬时，电容器C2，C3和C4的两端电压均不能跃变，H点电位VH=0V，UC的10脚电位V10=12V，UD的12脚电位V12=-12V，二极管D1、D4均不导通，UC的9脚和UD的13脚电位均为0V，所以，UC的输出管脚8的电位初值为正饱和电压（约11V），UD的输出管脚14的电位初值为负饱和电压（约-11V）。
上电过渡过程结束后，电容器C2、C3和C4相当于断路，UC的10脚电位
，UD的12脚电位
。
稳态时，若过力矩开关TL1和TL2没动作，由于D1和D4的作用，UC的9脚电位不会高于0V，UD的13脚电位不会低于0V，这时，UC的输出仍保持为正饱和电压，UD的输出保持为负饱和电压。
若电机在正转时出现了过力矩故障，力矩开关TL1的动断触点TL1-NC断开，H点与SL1之间的通路断开，同时TL1的动合触点TL1-NO闭合，H点与UC的9脚接通，由于是在正转过程中，UC的9脚电位（等于H点电位）必然高于6.9V，其10脚电位为5.5V，这使得UC的输出翻转为负的饱和电压值（约-11V），正反馈作用又使其10脚电位变为-5.5V，UC的输出稳定在负的饱和电压值上，从而限制J点电位不会高于-10.3V，T1截止，正转电路断开，电机停止。
电机停转后，力矩开关有可能恢复常态，即TL1-NC接通而TL1-NO断开，这时，UC的9脚电位受D1限制不能高于0V，而其10脚电位已变为-5.5V，此时，只要H点电位不低于-6.2V（UC的9脚电位不高于-5.5V），UC的输出就将保持为负值，T1保持截止，正转电路保持断开，从而保护电机。
若信号改变使得H点电位低于-6.2V时，UC的9脚电位低于-5.5V，UC的输出将变为正的饱和电压值，正转控制电路恢复正常。
出现正转过力矩故障后，使正转控制电路恢复正常的另一个途径是重新上电。
反转时出现过力矩故障的保护情况与正转时的情形类似，不再赘述。
三、结论
图2所示电路中的UA，UB，UC和UD是一块LM224芯片上的4个单运放电路，所以整个电路体积很小，成本也很低。
需要注意的是，电容器C2、C3和C4对保护电路的正常工作起着至关重要的作用，实验表明，若电路中不接入C2、C3和C4，则上电后UC和UD的输出初值受给定信号和位置反馈信号的影响，使得控制电路不能正常工作。
